机械专业外文文献翻译-外文翻译--板料成形中有限元仿真及相关技术的研究进展

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附件 1：外文资料翻译译文  板料成形中有限元 仿真 及相关技术 的 研究进展  1 理研和光材料制造实验室  ，日本   2 法国国家科学研究中心，法国   3 京大学，六本木，东京都港区，日本   摘要   本文概述了汽车制造商和钢板供应商采用 的 板料成形 仿真 及相关技术的 现状 。为此，作者 调查了 欧洲 、 日本和美国 的行业，与 工程师和研究人员讨论上述问题。 各行业中使用的 软件 如表所示，行业用户对有限元素的评价 也归纳在表中 。根据这些信息 提出在这领域 的研究方 法。  关键词     板料冲压成形，仿真，有限元法，计算机辅助设计  1 导言   汽车行业面临着全球范围严重的挑战：激烈的市场竞争和严格的政府 环境保护法规。 汽车制造商 为 迎接这些挑战 而采取 的战略 是 有时称为 3R 的策略： 缩短上市时间，降低开发成本 以 赢得竞争 ， 减少车辆重量 以 提高燃料效率。 来 实现 三个目标的 解决方案 必不可少的要 在产品开发和进程设计 中采用基于   统集成技术。  这一努力最显著的部分在于 减少 冲压车身面板相关的 加工费用和 提前期 ， 甚至在增加 技术难 度 ，如使用铝合金和高强度钢，和要求 冲压件 高几何精度 情况下 。 为处理这 趋势所带来的 超越过去的经验 的 问题 ， 板料成形 仿真 的数值 方法 显 得越来越重要 。它由计算机试错 取代了物理冲压试 错 。   成功的数值 仿真 主要取决于 成形 仿真 软件 的 进展，但其他相关的技术 的 进展也很重要。相关技术 的 例子 有能迅速构建和修改加工表面的 统 ， 或多或少 在  使用户能够掌握大量的数据 的可视化的 硬件和软件 以及 最后 在合理的时间内 处理大型仿真的计算机硬件 。 本文 的目的 在于总结业界 金属板料成形 仿真 和相关技术实现 现状 ，并 对 未来的研究方向 提出建议 。 在 80 和 90 年 代 关于金属 板料成形 仿真 已举办了许多国际会议 并 发表了许相 关文章 。然而， 通过 这 些 信息还不足以 解决 上述问题 。由于这个原因， ， 作者决定访问 调查 欧洲 、日本和美国 的 汽车行业和钢板供应商 ， 与 工作 在模具冲压 车间和企业冲压部门的 工程师和研究人员 来 讨论这些具体 课 题。   2  历史背景    本世纪中叶 对 板料成形过程 的 分析研究已经开始 ， 在 60 年代 ， 数值程序（有限差分方法） 被 应 用 于 轴对称 拉伸 过程分析中。虽然这种 工作对于 金属成形分析理论贡献 巨大 ， 但是 它还不 能 应 用于实际生产 。   非线性有限元仿真打开了真实工业冲压过程仿真之路， 1985 年在安阿伯密歇根州 的 板材 成形过程计算机建模 专题讨论会 提出了使用壳单元的弹塑性 有限元方法对 三维汽车车身面板成形 过程建模 。 研究 中，对 升降机窗口外 形的拉伸过程 和甲板盖的 压边圈夹紧 过程进行了 仿真 ， 但 它们尚处于 测试和评价 的 阶段 。 因此，在这个会议中 ，几何建模方法 [ 10 月 12 日 ]和简化的力学建模方法更 受到业界 赞赏， 发表 了许多关于成形仿真 的文章 ， 其中 两个重要 方向将 使板料成形仿真 提升 到一个新的 水平 ，一个是动力显式软件的应用 ，另一个是 一步法 的提出。在文献 【 16】 中 昂纳克和 明 采用 对 一个油底壳和散热器部分深 拉深，可获得用静态 显式软件 法获得的的深拉深形状， 包括凸缘起皱 。 会后，一些用于 板料成形 仿真的 动力显式软件 如   开发出来，并且许多汽车企业开始尝试使用这些 软件 。  另一方面，开发 了基于  和 常 [18]理念提出 的 一步法 ， 其中 使 用一个大时间步长 值 ， 逆变形板料 从最 终的零件 配置到最初的板料配置。这个方法的主要好处是计算时间非常短，并且，根据这个 方法 开发了许多 软件，主要 在欧洲 如  与此 同时 进行了 根据静态 隐式 增 量 方法 ， 这 也许是 仿真 金属板 变形 的最适当的方法 ， 进行 软件 开发。那些 成果 在汽车制造业 3 和  的三维金属 板料有限元仿真 的国际专题讨论会 上 被提出 了 。 在 我们 访问 的企业所 用 的 静态 隐式 增 量软件 是 为了避免在静态 隐式 方法 遇到 的 收敛 问题，开发了静态 显式 软件 最 近 十年期间，由于这些非常密集的 研究 ，板料成形 仿真 发生 了 显著 的变 化 ， 如表 1 所示 。 有 几个独立 的 研究小组 在 10 年前开发他们自己的 有限元 软件 并且使用 自己的软件 解决他们的问题。然而， 在 今天，情况 已显著改变了。有三 组 人 ：  研究员、软件开发商和软件用户。 员也许 是 属于研究员小组， 而 多数工作在汽车制造商和板料供应商 那里 的工程师 属于 软件用户小组。 当 软件开发商和用户建立了一个非常 强 的 联系 时 ，这两个小组之间的 联系 却 相当 弱了 。   1998 图 1 最 近 十年期间金属板 材 成形仿 真 的 趋势 。  3  企业中使用的软件   我们走访了列于表 1 至 3 的 12 家公司。 地区和 公司 的 选择是基于我们的 兴趣 ，而 非基于 系统 化 战略。  表 1  在欧洲用 于汽车制造商和板 料供应 商的软件  公司名称  戴姆勒奔驰   雷诺 汽车  沃尔沃汽车  访问的地方  国  国  典   et 国  仿真软件   F F Y 统  部 ) 网格生成器  究员软件用户  软件用户  软件开发商  研究员  1988  表 2  在 日本 用于汽车制造商和板 料供应 商的软件  公司名称  马自达  日产  丰田  新 日本制 钢  访问的地方  真软件  统  部 ) 部 ) 部 ) 格生成器   3 在 美国 用于汽车制造商和板 料供应 商的软件  公司名称  克莱斯勒汽车  福特汽车  国家钢铁  美国钢铁  访问的地方  真软件  D U) D D 统  网格生成器  模具表面 ) 自带板料网格软件   洲工业   （  1 ）戴姆勒奔驰公司  尽管 1994 年 戴姆勒奔驰公司 就引进了 板料成形 仿真 ， 但 在模具车间由受过训练的 制造 工 程师生产 化 利用它 从 1996 年 1 月 开始的 。 如 表 1 所 示，目前金属成形团队正在使用 7 种软件 。  于 快速预先优化 在零件设计部分零件形状， 而不是 用 作 几何工具。 多 地被用于评估几何工具原型的 模具 设计 和 系列 模具 设计。有时  用 于 执行更加确切的优化。   用于预测 反弹 。 在 厂， 相当 多 的工程师已经被训练使用 仿真 软件 ，  其中有 14 名 程师和  4 名  程师。   （  2 ）雷诺汽车   在 80 年代期间， 雷诺 通过与 各大学和研究机构 合作 在开发 板料成形 仿真 的 数值方法 上付出很大的努力 。 其中最 重要 的成果之 一 是 开发 基 于 单 步法 的 雷诺正在在模具设计 部门使 用此 软件 ，并试图与 件公司进一步开发新的功能 。 其中 一个 功能 是 自动 优化 模 具设 计，另一个 功能 是能对影响成形过程的 疲劳极限的评价。为了更准确地 对形成 效应的评价，在 1993 年 ，引入了     入 了 理器，因此，这两个 仿真软件 可用于 同一用 户界面 。  （  3 ）沃尔沃汽车公司   在 1989 年 ， 沃尔沃，第一次表明了 动态显式软件  钣金成形过程的 仿真 的 适用性，并在 经过 5 年的研究 后 ， 在冲压车间 引入该 软件 实际使用。沃尔沃公司目前 在产品设计和冲压工艺 /模具设计中 使用三种有限元 软件 ：  所有仿真 软件 综合成 这是一个专用于 汽车制造的计算机辅助设计软件。目前 11 个训练有素的工程师能够使用这一系统 执行 仿真 。   （  4 ） 司  作为钢板供应商， 用有限元 软件向金属板材用户 提供技术服务。发了单步 求解 器 对其 商业 化 。对于 言，作为一种提供技术服务的途径，仿真已逐渐变得重要了。  本产业   （  1 ）马自达   在 1990 年 ， 通过与  合作， 马自达开始 了 评估 应用性的 初步研究。 对于 日本汽车制造商 在 板料 冲压部 门 使 用 有限元 软件 这是最早的尝试。虽然马自达内部模具的 统可以提供信息以便优化模具 表面 ， 但是 系统无法跟上 快速 变化的技术趋势，因此马自达决定 引入使用 有限元 仿真 。 与 欧洲 汽车制造商 不同 ，马自达只使用 为 仿真 软件 ，两名工程师在仿真环境中深入开展高级 仿真 。  （  2 ）日产汽车   于 1994 年 ， 日产汽车开始使用 稍候再模具设计车间引入了 通过与 作 ， 日产公司已经开发出了 专业 版本的 算在早期阶段冲压作业 中 以获取正确的变形形状 ； 变形 由于重量和 压边圈夹紧 产生 。大多数计算机 试错 都是在早期设计阶段 进行 ， 即 在 零件 设计 后 使用大致接近 模具面的几 何 图形 。四个工程师从事 零件 仿真 工作 和 仿真系统 的开发 。   （  3 ）日本丰田汽车   由于丰田汽车有一个非常先进的几何建模软件，模具的计算机辅助设计，和训练有素的模具设计工程师， 对 引进 仿真 他们没有太多的热情。然而，在 锻压车间，高强度钢板 和 新 面板 形状 被 使用 ，如大型规模做片断侧 面 板，迫 使 丰田 使 用有限元仿真 技术 。 试于 1993 年 并被 使用 ，丰田汽车公司自己 拥有 “ 虚拟试错系统 ” ，其中包括 友好 的用户界面 、 一个 新开发的数据 库 。目前四个仿真工程师 在从事此系统的开发和应用 。   （  4 ）新日本制 钢   在日本 ， 日本深冲压研究小组（   在 促进汽 车和钢铁公司之间的密切联 系。新日本制 钢已 主要是基于这个框架内 与汽车公司开展了合作调研工作 。 在1991 年， 开发出 了  于 1994 年 ， 又开发 了 出 有限元 仿真 主要 优 点 是减少实验 次 数，这 项 技术手段 在 被正式使用 之前主要 用于 解决薄板用户 所提出的 问题 。  国工业  （  1 ）克莱斯勒汽车公司   在美国 ，作为 三大汽车制造商 之一 ，克莱斯勒是最后 使用 仿真 的 。然而，于 1994年，克莱斯勒开发的最先进的仿真系统采用 了  成为生产模具进程 的 主流设计。所有主要 的重要的面板 都使用 它 仿真 。使 克莱斯勒 采用当前 先进的动态 软件仿真 的 关键原因 是 计算机硬件和可视化工具 开发与应用 。   （  2 ）福特汽车公司    唯一 用于板料 成形仿真的静 态隐式 软件，早 在 70 年 代 ，由 他的 同事 开发，并 在福特 广泛 使用 。这 个 软件 主要优点是能 够 预测几乎所有成形 瑕疵 包括缺陷回弹，但缺点是计算时间长。然而，最近，通过引进先进的直接矩阵 方法 求解 计算时间大大减少。动态显式软件 运作 也可以用 于 该工具设计阶段。   （  3 ）国家钢铁   在 1996 年 ， 在北美洲 ， 汽车制造商和金属板供应商之间 有一 个合作研究方案 ， 叫做 “汽车 钢铁伙伴关系 ”，并在  1996 年， 国家钢铁决定利用有限元仿真技术 与汽车制造商合作建造 有共同 技术 的汽车制造基地，并 使用 了  些软件被广泛应用于支持客户活动，如管状液压和拼焊板的形成。   （  4 ）美国钢铁公司   美国钢铁公司 通过“ 汽车和钢铁伙伴关系 ”和 “ 回弹项目 ” 与 汽车制造商 密切合作 。钢板 使用性能的 评 估 是一个重要的 课 题。例 如， 通过使 动态 代码 和 静态 代码相 结合 来仿真面板局部 凹 痕 抗力 的形成过程。   附件 2：外文原文 （复印件）      an of of by to in in of in a on of in is    he on of to R in in to in to to on AM in A of is on of to of as of of To by of by a of on in in is of AD or AD to it to of is to an of of in to of to in 980’990’. is to to to at in of 2. of in of 1, 2] to ax in 960’ [3]to of of be to of 4 A on of 985 [7], in by  In of a of a in of  an to in So in 1013by 9[15], to a of a 6] of 6]of an a by on by to to On on in a to A of is on to on be at 19], 3 [20] 6[21]in by 2, 3] 24In to in 27, 28]. to of be to be 10 E of to of in to of is a a 3. 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